西安交大 大学化学 第五章 课后答案

第5章电化学基础……问题

1. 什么是氧化还原的半反应式？原电池的电极反应与氧化还原反应式有何关系？

答：任何一个氧化还原反应都可以分写成两个半反应：一个是还原反应，表示氧化剂被还原；一个是氧化反应，表示还原剂被氧化。即：

还原反应：氧化态＋n e－→ 还原态；

氧化反应：还原态－n e－→氧化态

这两个式子称为氧化还原的半反应式。

原电池的总反应是一个氧化还原反应，原电池的两个电极反应各乘以一个适当的系数后再加和起来，即得原电池总反应式……氧化还原反应式。

2. 原电池由那些部分组成？试分别叙述每一部分的作用。

答：原电池主要由以下几个部分组成：E正极得到电子，发生还原反应； 负极提供电子，发生氧化反应；●在双液电池中盐桥也必不可少，其作用是通过离子扩散来保持溶液的电中性，消除电极反应产生的过剩电荷的阻力，导通电流；❍导线是导通电流，确保反应持续进行。

3. 如何将一个在溶液中进行的氧化还原反应设计成原电池？

答：E先将氧化还原反应分写成两个半反应：一个是还原反应，表示氧化剂被还原；一个是氧化反应，表示还原剂被氧化； 根据两个半反应的电对特点将其设计成电极，并用符号表示电极的组成；●确定正负极：氧化反应对应于阳极，即负极；而还原反应对应于阴极，即正极；❍不同的电解质间要用盐桥连接以减小液接电势。

例如：将反应2KMnO4＋5Na2SO3＋3H2SO4＝2MnSO4＋5Na2SO4＋K2SO4＋3H2O设计成原电池。

E氧化反应；SO32－－ne－→ SO42－ ●电极组成：(－) Pt| Na2SO4，Na2SO3

还原反应：MnO4－＋ne－→ Mn2+(+) Pt| KMnO4，MnSO4，H2SO4

❍电池符号：(－)Pt| Na2SO4，Na2SO3‖KMnO4，MnSO4，H2SO4| Pt(+)

4. 如何用符号表示一个原电池？写出原电池：Pt|H2|H+||Cl－|AgCl|Ag的电极反应及电池反应式。

答：用符号表示一个原电池的一般规则为：E负极在左，正极在右； 用“|”表示两相之间的相界面，用“||”表示盐桥；●溶液应注明浓度(mol∙L－1)，气体应注明分压(kPa)；❍从负极开始沿着电池内部依次书写到正极。

原电池：Pt|H2|H+||Cl－|AgCl|Ag的电极反应及电池反应如下：

负极反应：H2－2e－→ 2H+

阳极反应：AgCl ＋e－→ Ag ＋Cl－

电池反应：H2 + 2AgCl = 2Ag + 2Cl－

5. 何谓电极电势?怎样用这一概念解释原电池产生电流的原因？

答：电极与溶液形成双电层达到动态平衡时，金属的电势E(金属)与溶液的电势E(溶液)之差称为电极电势，以符号E(M n+/M)表示。即：E(M n+/M)= E(金属)－E(溶液)。M n+/M表示组成该电极的氧化还原电对，如E(Zn 2+/Zn), E(Cu 2+/Cu)和E(Cl 2／C1－)等。

将两个电极电势不同的电极组成原电池时，原电池的电动势E≠0，电就会从电极电势高的电极（正极）自动

地流向电极电势低的电极(负极)，从而产生电流。

6. 什么叫标准氢电极？是否在所有温度下，其电极电势都为零？

答：在298.15K时，把镀有铂黑的铂片插入含有1 mol∙L－1H +的溶液中，并不断用压力为100kPa纯H2气流通过Pt片,使之吸附H2达到饱和并发生电极反应。如此构成的氢电极叫标准氢电电极。标准氢电极的符号记为：

H +(1 mol∙L－1)| H2(100kPa)|Pt。目前国际上将标准氢电极作为标准参比电极，将其电极电势值规定为零，即：

EӨ (H+/H 2) = 0.000V。此值是在298.15K的条件下的规定值，当温度发生变化时其电极电势就不等于零。

具体数值可由能斯特公式求得，。

7. 怎样测定电极的标准电极电势？其符号和大小有何物理意义？

答：标准电极电势EӨ (氧化态/还原态)数值的大小表示了反应：氧化态+ n e－还原态，在标准状态下进行的趋势，反映了电极的氧化态及还原态的氧化还原能力或倾向，即标准电极电势数值越大，氧化态得电子能力越强，是强的氧化剂；标准电极电势数值越小，还原态失电子能力越强，是强的还原剂；反之亦然。

标准电极电势的测定方法主要有两种：E氢标法：将待测标准电极与标准氢电极组成原电池，测定该原电池的电动势即标准电动势EӨ，由EӨ = EӨ(正)—EӨ(负)和EӨ (H+/H 2) = 0.000V可求得待测电极的标准电极电势EӨ (氧化态/还原态)的值。例如，实验测EӨ（Zn2+/Zn）所用的标准原电池如下：

（－）Zn|ZnSO4（1 mol∙L－1）|| H+（1 mol∙L－1）|H2(100kPa)| Pt (+) 测得的标准电动势为EӨ = 0.7628V，由EӨ＝EӨ(正)—EӨ(负)＝EӨ（H+/H2）－EӨ(Zn2+/Zn)得：

0.7628 ＝0.000 －EӨ(Zn2+/Zn)

则得：EӨ(Zn2+/Zn)＝－0.7628（V）

参比电极法：标准电极电势也可用饱和甘汞电极作为参比电极来测量。测量时将待测标准电极与饱和甘汞电极组成原电池，测定该原电池的电动势E，由E= E(正)—E(负)和E(Hg2Cl2/H g，饱和) = 0.2415V可求得待测电极的标准电极电势EӨ (氧化态/还原态)值。

8. 怎样利用电极电势来决定原电池的正、负极？计算原电池的电动势？判断氧化还原反应的方向？

答： 比较两电对电极电势的代数值，电极电势代数值大的为正极，小者为负极。 原电池的电动势由E＝E(正)—E(负)求得。●按照反应方程式书写方式，在反应物一侧找出氧化剂和还原剂，令氧化剂对应的电对作原电池的正极，还原剂对应的电对作原电池的负极，若：E(氧化剂)＞E(还原剂),则氧化还原反应从左→右自发进行；E(氧化剂)＜E(还原剂),则氧化还原反应从右→左自发进行；E(氧化剂)＝E(还原剂),则氧化还原反应达到了平衡态。

9. 在电化学中EӨ有那些应用？试分别说明之。

答：E判断在标准状态下氧化还原反应进行的方向； 判断氧化还原反应进行的程度。

10. Nernst方程式中有哪些影响因素？它与氧化态及还原态中的离子浓度、气体分压和介质的关系如何？

答：浓度对电极电势的影响可由Nernst方程式表示：

式中，n为电极反应中得失的电子数（摩尔）；R = 8.314J∙mol－1∙K－1；F＝96500 C∙mol－1（Faraday常数），[氧化态]、[还原态]表示电极反应中氧化态及还原态物质的相对浓度(c/cӨ)或相对分压(P/pӨ)，并以电极反应中对应物质的系数为指数。从该式可以看出，影响电极电势的主要因素有氧化态、还原态物质的浓度及反应系统的温度等。[氧化态]越大，电极电势越高；[还原态]越大，电极电势越低；当电极反应中有氢离子